機械材料學(xué)00緒論

1、于于 永永 泗泗大連理工大學(xué)材料工程系大連理工大學(xué)材料工程系l任課教師：任課教師：于永泗；于永泗；電話：電話：84706087；辦公地點：辦公地點：材材333l主要參考書：主要參考書： 于永泗于永泗 齊齊 民：民：機械工程材料機械工程材料 (第五版第五版) 大工出版社大工出版社 徐善國徐善國 于永泗：于永泗：機械工程材料機械工程材料輔導(dǎo)輔導(dǎo). 習(xí)題習(xí)題. 實驗實驗 (第二版第二版)l成績評定方法：成績評定方法：平時作業(yè)成績占平時作業(yè)成績占5%；實驗成績占；實驗成績占5% (缺缺一次實驗成績一次實驗成績, 本門課程計本門課程計0分分)；期末考試成績占；期末考試成績占90%。l實驗課安排：實驗課安

2、排：與材料系中心實驗室聯(lián)系確定與材料系中心實驗室聯(lián)系確定l答疑安排：答疑安排：待定待定(協(xié)商協(xié)商)l隨機點名，隨機點名，三次曠課，三次曠課，本門課成績以本門課成績以0分計分計。l一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué)l二、工程材料的分類二、工程材料的分類l三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展l四、四、機械工程材料機械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)課程的性質(zhì)和任務(wù)l一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué)l1、材料、材料材料材料是指是指可以用可以用來直接制造有用來直接制造有用物件、構(gòu)件或器物件、構(gòu)件或器件的物質(zhì)。件的物質(zhì)。手手錘錘銼刀銼刀國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機石器石器鐵

3、器鐵器 象形尊象形尊( (西周西周) )l石器時代石器時代l青銅器時代青銅器時代l鐵器時代鐵器時代材料是人類進化的里程碑材料是人類進化的里程碑由于材料的重要由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代材料的發(fā)展與人類社會簡圖材料的發(fā)展與人類社會簡圖l沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機技術(shù)。前的計算機技術(shù)。龍芯龍芯在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片在航天飛機表面裝陶瓷防護瓦片飛機發(fā)動機葉片飛機發(fā)動機葉片波音客機波音客機二十世紀七十年代，人們把材料與能源和信息并列，二十世紀七十年代，人們把材料與

4、能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。TITANICTITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)!lThe explosion was blamed on faulty o-rings in the shuttles booster rockets.lRichard P. Feynman eloquently demonstrates the brittle behavior of the rubber O-ring in a clamp after submersion in ice water (below Tg!)l前蘇聯(lián)在

5、前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國人震驚不已，認識到入太空，令美國人震驚不已，認識到在導(dǎo)彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其在導(dǎo)彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十年里，后的十年里，在十多所大學(xué)中陸續(xù)建在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料科學(xué)研究中心，并把約立了材料科學(xué)研究中心，并把約 2/3 大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成了冶金大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學(xué)系或材料科學(xué)與工程系。材料科學(xué)系或材料科學(xué)與工程系。其其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料?？梢?，分子聚合物材料。可見，高技術(shù)需要高技術(shù)需要先進材料的支持。先進材料的支持

6、。前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭l早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器時代，中華年的新石器時代，中華民族的先人就能用黏土民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。傳海外。 司母戊鼎司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造青銅鑄造高高133厘米厘米 重重875kg飾紋優(yōu)美飾紋優(yōu)美春秋晚期越國青銅兵器春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 長長55.7厘米厘米 劍鍔鋒芒犀利劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)鋒能割斷頭發(fā) 春秋戰(zhàn)國時代的春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及青

7、銅劍，劍身及劍鋒由不同成分劍鋒由不同成分的青銅組成，是的青銅組成，是復(fù)合材料很好的復(fù)合材料很好的例子。例子。梯度材料古已有之梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖這是古代劍刃截面圖l黃石銅礦遺址黃石銅礦遺址l春秋晚期春秋晚期l礦井深達礦井深達50ml煉銅爐渣多達煉銅爐渣多達40萬噸萬噸l實屬罕見實屬罕見 生鐵炒熟鐵圖生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星宋應(yīng)星鞍鋼攀鋼夜景中國第一顆人中國第一顆人造衛(wèi)星造衛(wèi)星長征火箭大家族長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸原子彈、氫原子彈、氫彈的爆炸，彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船衛(wèi)星、飛船的上天等都的上天等都說明了我國說明了我國在材料的開

8、在材料的開發(fā)、研究及發(fā)、研究及應(yīng)用等方面應(yīng)用等方面有了飛躍的有了飛躍的發(fā)展。發(fā)展。 “神舟二號神舟二號”飛船運飛船運往發(fā)射工位往發(fā)射工位 “神舟神舟”一號飛船一號飛船 “神舟神舟”一號一號發(fā)射成功發(fā)射成功“神舟神舟”二號發(fā)射成二號發(fā)射成功功“神舟神舟”三號三號發(fā)射成功發(fā)射成功“神舟神舟”四號四號發(fā)射成功發(fā)射成功“神舟神舟”三號飛船三號飛船 “神舟神舟”四號飛船四號飛船 楊利偉楊利偉升空返回全人類共同的家園飛天返回艙l1863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來

9、。組織聯(lián)系起來。灰鑄鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織共晶組織人類對材料的認識是逐步深入的人類對材料的認識是逐步深入的Si表面的重構(gòu)圖象表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀射線衍射儀透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下l1934年位錯理論的提年位錯理論的提出，解決了晶體理論出，解決了晶體理論計算強度與實驗測得計算強度與實驗測得的實際強度之間存在的實際強度之間存在的巨大差別的矛盾，的巨大差別的矛盾，對于人們認識材料的對于人們認識材料的力學(xué)性能及設(shè)計高強力學(xué)性能及設(shè)計高強度材料具有劃時代的度材料具有劃時代的意義。意義。 金屬鈦

10、中的位錯金屬鈦中的位錯l主要研究內(nèi)容：主要研究內(nèi)容：l 研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；l 研究材料的形成機理和制取方法；研究材料的形成機理和制取方法；l 研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；l 分析材料的損壞機理；分析材料的損壞機理；l 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案。研究材料的合理加工方法和最佳使用方案。l材料科學(xué)是以材料為材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。研究對象的一門科學(xué)?！疤魬?zhàn)者號挑戰(zhàn)者號”爆炸瞬爆炸瞬間間l工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)

11、構(gòu)材料。件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。l按組成與結(jié)合鍵分：按組成與結(jié)合鍵分： l 1、金屬材料、金屬材料l 2、高分子材料、高分子材料l 3、陶瓷材料、陶瓷材料l 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料l以金屬鍵結(jié)合為主以金屬鍵結(jié)合為主 l良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金熱性、延展性和金屬光澤屬光澤 l用量最大、應(yīng)用最用量最大、應(yīng)用最廣泛廣泛黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬輕金屬輕金屬, ,重金屬重金屬, ,貴金屬貴金屬, ,稀有金屬稀有金屬 金屬鍵金屬鍵帶材帶材異形材異形材板材板材管材管材l以共價鍵和離子鍵以共價鍵和離子鍵為主為主l熔點高、硬度高、熔點高、硬度高、耐腐蝕、脆性大耐腐蝕、脆性

12、大 l分為傳統(tǒng)陶瓷、特分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷種陶瓷和金屬陶瓷三類三類 陶瓷制品陶瓷制品陶瓷發(fā)動機陶瓷發(fā)動機l以分子鍵和共價鍵以分子鍵和共價鍵為主為主l塑性、耐蝕性、電塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，絕緣性、減振性好，密度小密度小 l包括塑料、橡膠及包括塑料、橡膠及合成纖維等合成纖維等 分子鍵分子鍵共價鍵共價鍵烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯乙烯苯乙烯l包括：包括：l金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料l陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料l高分子復(fù)合材料高分子復(fù)合材料 l是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料以微觀或宏觀的

13、形式組合在一起而形成的材料。料。玻璃纖維增強高分子復(fù)合材料玻璃纖維增強高分子復(fù)合材料l現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室溫度最高的材料就是通溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強化的鎳化物粒子彌散強化的鎳基合金復(fù)合材料。很多基合金復(fù)合材料。很多高級游艇、賽艇及體育高級游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強度重量輕，彈性好，強度高等優(yōu)點。高等優(yōu)點。 航空發(fā)動機航空發(fā)動機國產(chǎn)東風(fēng)國產(chǎn)東風(fēng)4D-0088內(nèi)燃機車內(nèi)燃機車美國美國F-117隱身飛機隱身飛機l隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要

14、求越來越高。隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。 l在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題。及材料加工方面的問題。 l要求機械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料要求機械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線的能力。排加工工藝路線的能力。 鑄造一級渦輪盤鑄造一級渦輪盤l課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：是機械類和近機類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課是機械類和近機類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課l課程任務(wù)：課程任務(wù)： 了解工程材料的一般知識；了解工程材料的一般

15、知識； 建立建立化學(xué)成分化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)、加工工藝加工工藝與與性能性能之之間的關(guān)系：間的關(guān)系：Steel with 0.4%C 化學(xué)成分化學(xué)成分(成分成分)：組成材料各元素在材料中的組成材料各元素在材料中的濃度。濃度。 組織：組織：用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。l習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍組織稱低倍組織或或宏觀組織宏觀組織。l放大放大100 2000倍的組織稱倍的組織稱高倍組織高倍組織或或顯微組織顯微組織.l在電子顯微鏡下放大幾千在電子顯微鏡下放大幾千 幾十萬倍的組織稱幾十萬倍的組織稱精細組織精細組織或或電鏡組織電鏡組織。鋼錠的宏觀組織鋼錠的宏觀組織顯微組織顯微組織電鏡組織電鏡組織 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：材料中各原材料中各原子的具體組合狀態(tài)。子的具體組合狀態(tài)。一般通過一般通過X-射線衍射線衍射射或